[實用新型]一種基于機械運動的線結構光傳感器的標定裝置

有效

• 申請號: 201520367264.0
• 申請日: 2015-06-01
• 公開（公告）號: CN204757926U
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 陳海永;王萌;歐洋
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟群

技術領域

本實用新型屬于測量技術領域，涉及對結構光參數標定方法的改進。

背景技術

結構光視覺檢測方法具有大量程、非接觸、大視場和系統柔性好等優點，近年在工業環境尤其是焊接領域得到廣泛的應用。對結構光參數的標定主要利用攝像機的內部參數以及其他輔助工具確定光平面在攝像機坐標系下的平面方程。線結構光標定的目的使由二維圖像坐標重構三維世界坐標，實現三維測量。

關于結構光傳感器的標定目前有以下幾種方法：一是鋸齒靶標。因鋸齒反光，故此方法提取的像點的精度差，而且需要外部設備來嚴格調整光平面與某一基準面相垂直，不適合現場標定；二是機械調整法。但是此方法人為調節環節多，精度不高。三是細絲散射法，但是此方法精度不高而且標定過程較為復雜，四是基于自由移動的平面靶標法，此方法較為常用。還有一些不需要任何靶標的方法，在一定程度節約了成本。

CN03142658.1公開了“一種基于平面標靶的結構光視覺傳感器標定方法”，該方法主要是采用可自由移動的分布有黑色方塊的二維平面標靶對結構光視覺傳感器進行標定，標定過程中以黑色方塊的頂點作為特征點，通過利用特征點的圖像坐標系與世界坐標系之間的變換來完成對攝像機內部參數的標定，該方法涉及到大規模矩陣變換，計算推導復雜，需要高精度二維平面標靶，標靶加工難度大，且存在相互遮擋的問題。

CN200710121397.X披露了“一種結構光視覺傳感器結構參數標定方法”，該方法主要借助有多個非線性特征點的平面標靶，通過多次移動平面標靶的位置，獲取每次移動后標靶圖像上四個或更多個非線性特征點坐標，并變換到攝像機坐標系下進而擬合出高次三元結構光方程。該方法標定過程步驟繁瑣會影響精度，且坐標變換與擬合過程復雜。

CN200910089307.2報道了“基于一維標靶的結構光視覺傳感器標定方法”，該方法利用一維標靶的具有已知空間約束的至少三個特征點，結合透視投影方程，根據特征點的長度約束及方向約束計算特征點的攝像機系坐標并進行擬合得到光平面方程。該方法需要求解具有約束的非線性方程，引入了非線性優化，方法較繁，速度慢，對初值選擇和噪聲比較敏感，而且不能保證參數收斂到全局最優。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是：僅通過控制視覺傳感器(包括攝像機、激光器、鏡頭等)做兩次豎直方向的運動即可完成光平面的標定，是一種基于機械運動的線結構參數的的標定方法。標定過程操作簡單，并且不涉及到大規模矩陣變換，計算量較小，不存在標靶的遮擋問題，也不存在求解有約束的非線性方程中出現的不收斂到全局最優解的難題，適合各種帶編碼器的機械運動平臺，如機械臂以及龍門架構機器人等。

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種基于機械運動的線結構光傳感器的標定方法，執行所述方法的裝置包括攝像機、激光器、標定平面及運動機構，其特征是所述攝像機與激光器安裝于運動機構的運動末端且指向標定平面，所述運動末端可以在垂直于標定平面方向上下移動，攝像機與激光器可以在垂直于標定平面的方向上同步運動，所述方法包括以下步驟

步驟1)以標定平面作為地面的世界坐標系的z軸為豎直方向，利用張正友棋盤格標定得到攝像機內部參數A以及第一張棋盤格的外部參數，并利用該外部參數得到攝像機坐標系的z軸與豎直方向上的夾角α；

步驟2)計算相鄰激光條紋上相應點之間的距離以及對應的像點坐標，包括

2)-I，固定在運動機構的運動末端的激光器向標定平面射出激光并在標定平面上形成激光條紋l₁，此時對于激光條紋l₁上的一點O₁在攝像機圖像中所成的對應圖像點為P₁；

2)-II，控制運動機構的運動末端沿豎直方向向下或向上移動h₁的距離，此時激光在標定平面上形成的激光條紋l₂上的O₂點在攝像機圖像中所成的對應圖像點為P₂，

2)-III，控制運動機構的運動末端再次沿豎直方向向下或向上移動h₂的距離，此時激光在標定平面上形成的激光條紋l₃上的O₃點對應的圖像點為P₃，所述P1、P2、P3在攝像機圖像上共線。

步驟3)，求解結構光平面的法向量，

采用步驟1)得到攝像機的內部參數A與步驟2)中得到的圖像點P_i,(i＝1,2,3)，并根據攝像機線性模型得到與結構光平面平行的平面S的法向量。